JP2019528417A - Method of forming a thermal switch - Google Patents
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Abstract
(a)第1の導体及び第2の導体、並びに第1の接続部材及び第2の接続部材を準備するステップであって、前記接続部材の各々が、100Kにおいて、上記導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有する、ステップと、(b)第1の導体を第1の接続部材と、及び第2の導体を第2の接続部材と融合させるステップと、(c)第1の導体及び第2の導体が共通主軸に沿って延びるように導体を整列させるステップと、(d)上記導体が第1の温度にある場合に、整列した各導体の近位端を互いに接触状態にするステップと、(e)導体の少なくとも近位端の周りにチャンバを形成するように、第1の接続部材を第2の接続部材に接合するステップと、を含むガスギャップ式熱スイッチを形成するための方法が提供され、チャンバを形成する接続部材の各々は、導体が第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却される場合に導体の近位端の間に間隙が形成されるように、主軸に沿った導体の長さが主軸に沿ったチャンバの長さに対して減少するよう導体よりも小さな熱膨張係数を有し、スイッチは、使用時にスイッチの作動を引き起こすように、熱伝導性ガスをチャンバの中に選択的に供給するように構成される。【選択図】図5(A) preparing a first conductor and a second conductor, and a first connecting member and a second connecting member, wherein each of the connecting members is at least 5 times the conductor at 100K. Having a low thermal conductivity; (b) fusing the first conductor with the first connecting member and the second conductor with the second connecting member; (c) the first conductor and Aligning the conductors such that the second conductors extend along a common major axis; and (d) bringing the proximal ends of the aligned conductors into contact with each other when the conductors are at a first temperature. And (e) joining the first connecting member to the second connecting member so as to form a chamber around at least the proximal end of the conductor to form a gas gap thermal switch A method is provided to form a chamber Each of the connecting members has a length of the conductor along the main axis such that a gap is formed between the proximal ends of the conductor when the conductor is cooled to a second temperature lower than the first temperature. Has a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor so that it decreases with respect to the length of the chamber along the main axis, and the switch selectively introduces thermally conductive gas into the chamber to cause the switch to operate in use. Configured to supply. [Selection] Figure 5
Description
本発明は、極低温の分野に関し、詳細には、ガスギャップ式熱スイッチを形成するための方法に関する。 The present invention relates to the field of cryogenic temperatures, and in particular, to a method for forming a gas gap thermal switch.
ガスギャップ式熱スイッチ(又は「サーマルスイッチ」)は、極低温の分野で公知であり、「寒剤フリー」システムで特に有用であり、ここで冷却は、液化ガスではなくて、密閉サイクル機械的冷却器によって提供される。これらのスイッチは、スイッチの一端から他端へ熱負荷を伝達又は遮断するように制御することができる。一般に、これらは、ガスを導入することができるチャンバ内で互いに切り離された少なくとも2つの導体を含む。スイッチが閉鎖されると、チャンバ内部のガスは、熱伝導による導体間の熱伝達を助ける。スイッチは、チャンバからガスを排気することによって開放され、この熱伝達路はもはや利用できなくなる。 Gas-gap thermal switches (or “thermal switches”) are known in the cryogenic field and are particularly useful in “cryogenic-free” systems, where cooling is not a liquefied gas, but a closed cycle mechanical cooling. Provided by the vessel. These switches can be controlled to transfer or block a thermal load from one end of the switch to the other. In general, these include at least two conductors separated from each other in a chamber into which a gas can be introduced. When the switch is closed, the gas inside the chamber helps heat transfer between the conductors by heat conduction. The switch is opened by evacuating the gas from the chamber and this heat transfer path is no longer available.
一般に、導体は、例えば、導体の間に大きな熱伝達面を提供するように配置されたフィンの形態のインターリービング又は「櫛形」部材の形態をとる。間隙は、スイッチが開放されている場合に熱接続を遮断することを可能にするために、スイッチの各導体の間に存在する必要がある。それでもなお、この間隙サイズは、スイッチが閉鎖されているとき確実な熱伝達を達成するために、最小限に保つ必要がある。スイッチの性能は、有効な熱交換表面積を各導体の間の隔離距離(又は間隙)で除算した比率(A/L)によってパラメータ化される。特にスイッチが小型化される場合、櫛形設計を用いて高性能スイッチを製造することは比較的困難である。 In general, conductors take the form of interleaving or “comb” members, for example in the form of fins arranged to provide a large heat transfer surface between the conductors. A gap needs to exist between each conductor of the switch in order to be able to break the thermal connection when the switch is open. Nevertheless, this gap size must be kept to a minimum to achieve reliable heat transfer when the switch is closed. Switch performance is parameterized by the ratio (A / L) of effective heat exchange surface area divided by the separation distance (or gap) between each conductor. It is relatively difficult to produce high performance switches using a comb design, especially when the switches are miniaturized.
ガスギャップ式熱スイッチのためのより簡単な設計はすでに提案されており、導体は、櫛形配置ではなくて、同一直線上に配置される。しかしながら、一般的には、これらのスイッチは、閉鎖状態での不十分な熱伝達特性(間隙サイズによって制限される)に起因して、特に低温用途では避けられる。 Simpler designs for gas gap thermal switches have already been proposed, and the conductors are arranged on the same straight line rather than in a comb arrangement. In general, however, these switches are avoided, especially in low temperature applications, due to poor heat transfer characteristics in the closed state (limited by the gap size).
確実かつ容易に構成することができ、低温で優れた性能をもたらす単純なガスギャップ式熱スイッチを提供することが望ましい。 It would be desirable to provide a simple gas gap thermal switch that can be reliably and easily configured and provides excellent performance at low temperatures.
本発明の第1の態様では、以下のステップ:
(a)第1の導体及び第2の導体、並びに第1の接続部材及び第2の接続部材を準備するステップであって、前記接続部材の各々が、100Kにおいて、上記導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有する、ステップと、
(b)第1の導体を第1の接続部材と、及び第2の導体を第2の接続部材と融合させるステップと、
(c)第1の導体及び第2の導体が共通主軸に沿って延びるように導体を整列させるステップと、
(d)上記導体が第1の温度にある場合に、整列した各導体の近位端を互いに接触状態にするステップと、
(e)導体の少なくとも近位端の周りにチャンバを形成するように、第1の接続部材を第2の接続部材に接合するステップと、
を含むガスギャップ式熱スイッチを形成するための方法が提供され、
チャンバを形成する接続部材の各々は、導体が第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却される場合に導体の近位端の間に間隙が形成されるように、主軸に沿った導体の長さが主軸に沿ったチャンバの長さに対して減少するよう導体よりも小さな熱膨張係数を有し、
スイッチは、使用時にスイッチの作動を引き起こすように、熱伝導性ガスをチャンバの中に選択的に供給するように構成される。
In a first aspect of the invention, the following steps:
(A) preparing a first conductor and a second conductor, and a first connecting member and a second connecting member, wherein each of the connecting members is at least 5 times the conductor at 100K. A step having a low thermal conductivity; and
(B) fusing the first conductor with the first connecting member and the second conductor with the second connecting member;
(C) aligning the conductors such that the first conductor and the second conductor extend along a common major axis;
(D) bringing the proximal ends of the aligned conductors into contact with each other when the conductors are at a first temperature;
(E) joining the first connecting member to the second connecting member so as to form a chamber around at least the proximal end of the conductor;
A method is provided for forming a gas gap thermal switch comprising:
Each of the connecting members forming the chamber includes a conductor along the main axis such that a gap is formed between the proximal ends of the conductor when the conductor is cooled to a second temperature lower than the first temperature. Having a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor so that the length of the is reduced relative to the length of the chamber along the main axis
The switch is configured to selectively supply a thermally conductive gas into the chamber to cause activation of the switch in use.
櫛形の先行技術の設計とは異なって、導体は、共通主軸に沿って延びるように整列される(例えば、同一直線上に配置される)。従って、熱伝導性ガスは、各導体の全長に沿うのではなくて、導体の相対する近位端の間でだけ熱を伝達する。しかしながら、この有効な熱伝達面の減少は、従来の信頼性のある熱スイッチで実現可能であったものよりも、相対する導体の間のより小さな隔離距離によって補償される。従って、スイッチを横切る有効な熱伝達を維持することができ、同時に、確実で強固な切り離し可能な熱接続が保証される。 Unlike the comb-shaped prior art designs, the conductors are aligned (e.g., collocated) to extend along a common major axis. Thus, the thermally conductive gas only transfers heat between the opposing proximal ends of the conductors, rather than along the entire length of each conductor. However, this reduction in effective heat transfer surface is compensated by a smaller separation distance between the opposing conductors than was possible with conventional reliable thermal switches. Thus, effective heat transfer across the switch can be maintained, while at the same time ensuring a secure and detachable thermal connection.
本明細書では熱収縮ガスギャップ式熱スイッチが提案され、相対する同一直線上に配置された導体の間の離間距離は、導体の温度に応じて制御可能である。有利には、このスイッチは、室温(この場合には第1の温度である)で組み立てることができる。組み立てると、スイッチは、次いで、スリーブと導体との間の熱膨張係数の差よって導体がスリーブに対して縮小できるように冷却することができる。従って、各導体の対向端の間に小さな間隙が作り出される。熱伝達は、熱伝導性ガスを用いて主として熱伝導によってこの間隙で生じる。 In this specification, a heat-shrinkable gas gap type thermal switch is proposed, and the distance between conductors arranged on the same collinear line can be controlled according to the temperature of the conductor. Advantageously, the switch can be assembled at room temperature (in this case the first temperature). Once assembled, the switch can then be cooled so that the conductor can shrink relative to the sleeve due to the difference in coefficient of thermal expansion between the sleeve and the conductor. Thus, a small gap is created between the opposite ends of each conductor. Heat transfer occurs in this gap mainly by heat conduction using a thermally conductive gas.
一般には、ステップ(a)〜(e)は順番に行われるが、ステップ(c)をステップ(b)の前に実行することが可能である。何れの場合も、ステージ(b)は、ステップ(d)及び(e)の前に実行される。一般には、ステップ(e)は、整列された導体の近位端が互いに接触状態にあるとき、すなわちステップ(d)の後で実行される。 In general, steps (a) to (e) are performed in sequence, but step (c) can be performed before step (b). In either case, stage (b) is performed before steps (d) and (e). In general, step (e) is performed when the proximal ends of the aligned conductors are in contact with each other, i.e. after step (d).
ステップ(e)は、当初は別々の接続部材を一緒に接合するプロセスに関する。1つの手法によれば、ステップ(e)は、第1の接続部材を第2の接続部材に融合するステップを含む。従って、これらの構成要素は、直接一緒に接合することができる。好ましくは、第1又は第2の接続部材は、第1及び第2の導体の少なくとも近位端を囲むように構成されたスリーブ部分を含むことができる。この場合、第1及び第2の接続部材は、チャンバを定めるチャンバ壁を一緒に作る。 Step (e) initially relates to the process of joining the separate connecting members together. According to one approach, step (e) includes fusing the first connecting member to the second connecting member. Thus, these components can be joined together directly. Preferably, the first or second connecting member can include a sleeve portion configured to surround at least the proximal ends of the first and second conductors. In this case, the first and second connecting members together form a chamber wall that defines the chamber.
一般には、各接続部材を一緒に融合することは、熱をスイッチに入力することになる。この熱が導体の長さ全体にわたって伝導されないことを保証することが有利であり、それゆえ、電子ビーム溶接のような高度局在化加熱プロセスはこれらの接合部に対して行われる。従って、好ましくは、第1の接続部材の第2の接続部材への融合は、電子ビーム溶接を用いて行われる。これは、導体がステップ(e)の間にほぼ第1の温度、例えば、約20Kの平均値内にとどまることを可能にすることができる。 In general, fusing each connecting member together will input heat to the switch. It is advantageous to ensure that this heat is not conducted across the length of the conductor, and therefore a highly localized heating process such as electron beam welding is performed on these joints. Therefore, preferably, the fusion of the first connecting member to the second connecting member is performed using electron beam welding. This can allow the conductor to remain within approximately the first temperature, eg, an average value of about 20K, during step (e).
代替の手法では、ステップ(e)は、第1及び第2の接続部材の各々をこの接続部材の間に設けたスリーブに融合するステップを含み、スリーブの熱伝導性は、100Kにおいて導体よりも少なくとも5倍小さく、導体が第2の温度まで冷却される場合、上述の間隙が形成されるよう主軸に沿った導体の長さが減少するよう、スリーブの熱膨張係数は導体よりも小さい。従って、中間スリーブは、チャンバの一部を形成するように設けることができる。従って、第1及び第2の接続部材は、ステップ(e)によって間接的に一緒に接合することができる。この方法は、一般には、接続部材の各々をスリーブに融合するために追加の接合部を作る必要があるが(好ましくは、同様に電子ビーム溶接を用いて)、一部の事例では、熱スイッチ及び何らかの付随の装置の形状及びサイズ次第で、より容易に組み立てが可能になる。好ましくは、第1及び第2の接続部材は、それぞれ第1及び第2のフランジを形成する。これらのフランジは、使用中にスリーブの開放端を閉鎖するように配置することができる。第1及び第2の接続部材並びにスリーブは一緒にチャンバ壁を形成することができるので、本実施形態のチャンバを定め、フランジは、チャンバのそれぞれの反対端として機能する。スリーブ自体は、単体とすること又はいくつかの部分から形成することができる。 In an alternative approach, step (e) includes fusing each of the first and second connecting members to a sleeve disposed between the connecting members, wherein the thermal conductivity of the sleeve is greater than the conductor at 100K. When at least 5 times smaller and when the conductor is cooled to a second temperature, the thermal expansion coefficient of the sleeve is smaller than that of the conductor so that the length of the conductor along the main axis is reduced so that the gap described above is formed. Thus, the intermediate sleeve can be provided to form part of the chamber. Thus, the first and second connecting members can be joined together indirectly by step (e). This method generally requires the creation of additional joints to fuse each of the connecting members to the sleeve (preferably using electron beam welding as well), but in some cases thermal switches And depending on the shape and size of any accompanying device, it can be more easily assembled. Preferably, the first and second connecting members form first and second flanges, respectively. These flanges can be arranged to close the open end of the sleeve during use. The first and second connecting members and the sleeve can together form a chamber wall, thus defining the chamber of this embodiment, and the flange functions as the respective opposite end of the chamber. The sleeve itself can be a single piece or formed from several parts.
導体及び間隙をバイパスしてスイッチの開放を実際的に阻止することになるので、スリーブに沿って有意な熱交換経路が確立されないことを保証することが有利である。従って、スリーブ(接続部材の別部材又は一部分として)は、100Kにおいて、導体よりも少なくとも10倍小さい熱伝導率を有するのが好ましい。異なる材料の熱伝導率は、低温で異なる傾向があるので、スリーブは、10Kの温度にある場合に導体よりも少なくとも1000倍小さい熱伝導性を有することができる。同様の理由のために、第1及び第2の接続部材は、好ましくは、100Kの温度にある場合に導体よりも少なくとも10倍小さい熱伝導率を有する。好ましくは、第1及び第2の接続部材は、10Kの温度にある場合に導体よりも少なくとも1000倍小さい熱伝導率を有する。 It would be advantageous to ensure that no significant heat exchange path was established along the sleeve, as it would effectively bypass the opening of the switch by bypassing the conductor and gap. Accordingly, the sleeve (as a separate member or part of the connecting member) preferably has a thermal conductivity at 100K that is at least 10 times less than the conductor. Since the thermal conductivity of different materials tends to be different at low temperatures, the sleeve can have a thermal conductivity that is at least 1000 times less than the conductor when at a temperature of 10K. For similar reasons, the first and second connecting members preferably have a thermal conductivity that is at least 10 times less than the conductor when at a temperature of 100K. Preferably, the first and second connecting members have a thermal conductivity that is at least 1000 times less than the conductor when at a temperature of 10K.
好ましくは、導体は、高い熱伝導性及び熱膨張特性により銅、又は銅系(無酸素銅を含む)である。好ましくは、接続部材は、銅に比べて望ましい熱伝導性及び熱膨張特性を示すのでステンレス鋼である。また、ステンレス鋼は、優れた溶接性を示すので望ましい。また、好ましくは、スリーブは、同様の理由のためにステンレス鋼で作られる。 Preferably, the conductor is copper or copper-based (including oxygen free copper) due to high thermal conductivity and thermal expansion properties. Preferably, the connecting member is stainless steel because it exhibits desirable thermal conductivity and thermal expansion characteristics compared to copper. Stainless steel is also desirable because it exhibits excellent weldability. Also preferably, the sleeve is made of stainless steel for similar reasons.
好ましくは、本方法は、第2の温度よりも低いそれぞれの温度まで導体の各々を冷却して、導体の近位端の間に間隙を形成するように、主軸に沿った導体の長さを減少させるステップ(f)を更に含む。このステップは、典型的には、作動場所に設置されて、例えば、冷却するために機械式冷凍機に接続された状態で、ガスギャップ式熱スイッチのエンドユーザによって実行される。冷却は、この段階の間に外部部材によって導体のうちの1つに直接加えることができ、スイッチは、熱伝達が他の導体から生じるのを可能にするように閉鎖状態に維持される。これに代えて、両導体は、この段階の間に直接冷却することができる。最も典型的には、温度差は、2つの導体の各々が第2の温度よりも低い異なる温度にあるように、スイッチを横切って維持される。 Preferably, the method reduces the length of the conductor along the major axis so as to cool each of the conductors to a respective temperature below the second temperature to form a gap between the proximal ends of the conductors. The step (f) of reducing is further included. This step is typically performed by the end user of the gas gap thermal switch, installed at the operating site and connected to, for example, a mechanical refrigerator for cooling. Cooling can be applied directly to one of the conductors by an external member during this phase, and the switch is kept closed to allow heat transfer to occur from the other conductor. Alternatively, both conductors can be cooled directly during this stage. Most typically, the temperature difference is maintained across the switch so that each of the two conductors is at a different temperature below the second temperature.
ガスが相対する導体の間を移動する経路長は、最小限に保たれることを保証することが望ましい。従って、導体の対向表面の間に均一な間隙サイズを達成することが有利である。 It is desirable to ensure that the path length that the gas travels between opposing conductors is kept to a minimum. It is therefore advantageous to achieve a uniform gap size between the opposing surfaces of the conductor.
従って、ステップ(a)は、各導体上に平坦係合面を形成するように第1及び第2の導体を機械加工するステップを更に含むことができ、ステップ(d)は、上述の係合面を互いに接触状態にするステップを含むことができる。また、湾曲係合面は、理論的には、当接する導体の係合面上の全ての点から均一な間隙サイズを得るように用いることができるが、平担表面は、一般に高精度に機械加工することができるので好ましい。最も好ましくは、上述の係合面は、それぞれの導体の主軸に沿って延びる法線を有する平面に広がる。 Thus, step (a) can further include machining the first and second conductors to form a flat engagement surface on each conductor, and step (d) includes the engagement described above. The steps may include bringing the surfaces into contact with each other. In addition, the curved engagement surface can theoretically be used to obtain a uniform gap size from all points on the engagement surface of the abutting conductor. It is preferable because it can be processed. Most preferably, the engagement surface described above extends in a plane having a normal extending along the main axis of the respective conductor.
間隙は、第1及び第2の導体の全ての相対する表面の間の最接近部と考えることができる。主軸に対して直角の相対する(係合)表面を有する導体に対して、この間隙は主軸に沿って測定されることになるが、他の場合には、間隙は、2つの導体の間の最小離間距離に応じて異なる方向に沿って測定することができる。 The gap can be thought of as the closest point between all opposing surfaces of the first and second conductors. For conductors having opposing (engaging) surfaces perpendicular to the main axis, this gap will be measured along the main axis, but in other cases, the gap is between two conductors. It can be measured along different directions depending on the minimum separation distance.
間隙は、これらの主軸に沿って導体の熱収縮によって形成される。従って、第1及び第2の導体は、好ましくは、2つの導体が第2の温度で互いに直接接触しないように、適用可能な収縮が起こることを保証するように細長い。 The gap is formed by thermal contraction of the conductor along these major axes. Accordingly, the first and second conductors are preferably elongated to ensure that applicable contraction occurs such that the two conductors do not contact each other directly at the second temperature.
最も典型的には、間隙は、第1の接続部材を有する第1の導体と第2の接続部材を有する第2の導体の各接合点の間の主軸に沿った導体寸法の合計の0.05%よりも小さい。導体及び接続部材は、複数の接合点又は広範な接合領域を有することができるので、関連の接合点は、それぞれの導体の近位端に最も近い。接合構成要素の間の相互歪みゼロの位置をもたらすのはこの箇所であり、これに対して、相対的な熱収縮差が生じる。主軸に沿った数センチメートル程度の寸法を有する導体は、数マイクロメートル程度の間隙サイズを生成することができ、結果的に、導体の間の熱伝導性ガスによる優れた熱伝達が可能になる。 Most typically, the gap is 0. 0 of the total conductor dimension along the principal axis between each junction of the first conductor having the first connecting member and the second conductor having the second connecting member. Less than 05%. Since the conductors and connecting members can have multiple junctions or extensive junction areas, the associated junction is closest to the proximal end of each conductor. It is this point that results in a zero cross-strain position between the joining components, whereas a relative heat shrinkage difference occurs. Conductors with dimensions on the order of a few centimeters along the main axis can produce gap sizes on the order of a few micrometers, resulting in excellent heat transfer due to the thermally conductive gas between the conductors. .
ステップ(b)は、好ましくはろう付けプロセスによって実行される。このようなプロセスは、熱サイクリング中に好都合な強固な接合部を生成する。また、このプロセスは、ガス漏れに対して耐性を示すのでチャンバの密封に寄与できる接合部を生成することができる。特に真空ろう付けは、完全性及び強度が高く、非常に清浄でフラックスフリーのろう付け接合部を生成するので好ましい。ステップ(b)の間の入熱(及び導体の関連の熱膨張)は、導体が接触していないので問題を引き起こさない−ステップ(d)。 Step (b) is preferably performed by a brazing process. Such a process creates a convenient strong joint during thermal cycling. This process can also produce joints that are resistant to gas leakage and can contribute to chamber sealing. In particular, vacuum brazing is preferred because it has high integrity and strength and produces a very clean and flux free brazed joint. The heat input during step (b) (and the associated thermal expansion of the conductor) does not cause problems because the conductor is not in contact-step (d).
好ましくは、スイッチは、導体の反対側の遠位端を実質的に熱的に絶縁するために使用する場合に、チャンバを排気するように構成される。このステップは、スイッチの2つの導体の間で無視できるほどの熱伝達が生じるように、スイッチを有効に「開放」する。ガスポンプ又は吸着ポンプ及びゲッタを含む他の排気手段は、このプロセスを助けるために設けることができる。随意的に、ゲッタ及び/又は吸着ポンプは、シールユニットを提供するようにスイッチに一体化することができる。 Preferably, the switch is configured to evacuate the chamber when used to substantially thermally insulate the opposite distal end of the conductor. This step effectively “opens” the switch so that negligible heat transfer occurs between the two conductors of the switch. Other evacuation means including gas pumps or adsorption pumps and getters can be provided to assist in this process. Optionally, getters and / or adsorption pumps can be integrated into the switch to provide a sealing unit.
最も典型的には、第1の温度は280〜310Kである。従って、好都合には、スイッチは、ほぼ室温で組み立てることができる。2つの整列した導体の間の間隙は低温で生じるが、これは第2の温度である。この第2の温度は、スイッチを開閉することができる熱スイッチの作動温度と考えることができる。スイッチは、例えば、システムを低い温度に冷却するのを助けるために、相互に接触する導体に沿って熱伝達路を形成する上で、第2の温度よりも高い温度で依然として有用とすることができる。第2の温度は、100Kより低いあらゆる温度を含むことができるが、最も典型的には5〜20Kである。スイッチの目的は、スイッチの一端を他端から選択的に熱的に絶縁することであるので、「開放」状態にある場合のスイッチの端部の各々は、それぞれ第2の温度よりも低い異なる温度とすることができる。 Most typically, the first temperature is 280-310K. Thus, advantageously, the switch can be assembled at about room temperature. The gap between the two aligned conductors occurs at a low temperature, which is the second temperature. This second temperature can be considered the operating temperature of the thermal switch that can open and close the switch. The switch may still be useful at a temperature higher than the second temperature, for example, to form a heat transfer path along the conductors in contact with each other to help cool the system to a lower temperature. it can. The second temperature can include any temperature below 100K, but is most typically 5-20K. Since the purpose of the switch is to selectively thermally isolate one end of the switch from the other end, each end of the switch when in the “open” state is different below a second temperature, respectively. It can be temperature.
本発明の第2の態様では、
共通主軸に沿って整列された、各々が主軸に沿って少なくとも5cmの長さを有する第1及び第2の導体と、
導体の少なくとも近位端の周りにチャンバを形成する第1の接続部材及び第2の接続部材であって、100Kにおいて導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有する、接続部材と、
を含むガスギャップ式熱スイッチが提供され、
接続部材の各々は、導体よりも小さい熱膨張係数を有し、
第1の導体の近位端は、50μm未満の間隙で第2の導体の近位端から分離され、
スイッチは、使用時に、チャンバの中に熱伝導性ガスを選択的に供給してスイッチを作動させるように構成される。
In the second aspect of the present invention,
First and second conductors aligned along a common major axis, each having a length of at least 5 cm along the major axis;
A first connecting member and a second connecting member forming a chamber around at least the proximal end of the conductor, wherein the connecting member has a thermal conductivity at 100K that is at least five times less than the conductor;
A gas gap thermal switch including is provided,
Each of the connecting members has a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor;
The proximal end of the first conductor is separated from the proximal end of the second conductor by a gap of less than 50 μm;
In use, the switch is configured to selectively supply a thermally conductive gas into the chamber to activate the switch.
好ましくは、間隙は30マイクロメートル未満であり、これは相対する導体の間の熱伝導性ガスによる更に良好な熱伝達を可能にする。 Preferably, the gap is less than 30 micrometers, which allows for better heat transfer by the thermally conductive gas between the opposing conductors.
好ましくは、第2の態様のガスギャップ式熱スイッチは、上述の接続部材の間に設けられ、少なくとも導体の近位端の上に延びるように配置されたスリーブを更に含み、
第1及び第2の接続部材の各々は、スリーブに融合され、
スリーブは、100Kにおいて導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有し、
スリーブは、導体よりも小さい熱膨張係数を有し、
スリーブ及び接続部材はチャンバを形成する。
Preferably, the gas gap thermal switch of the second aspect further includes a sleeve provided between the connecting members described above and disposed to extend at least above the proximal end of the conductor,
Each of the first and second connecting members is fused to the sleeve;
The sleeve has a thermal conductivity at least 5 times smaller than the conductor at 100K,
The sleeve has a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor;
The sleeve and connecting member form a chamber.
本発明の第3の態様では、
第2の態様によるガスギャップ式熱スイッチと、
第1の導体に接続された機械式冷凍機と
第2の導体に接続された対象装置と、
を含む極低温システムが提供される。
In the third aspect of the present invention,
A gas gap thermal switch according to the second aspect;
A mechanical refrigerator connected to the first conductor; a target device connected to the second conductor;
A cryogenic system is provided.
一部の実施形態において、第3の態様は、一部の先行技術のガスギャップ式熱スイッチを用いて達成可能であるよりも対象装置に対してより速い冷却時間を提供することができる。対象装置は、理論的には、機械式冷凍機の追加のステージを含む、冷却されるあらゆる要素とすることができる。 In some embodiments, the third aspect can provide faster cooling times for the target device than can be achieved using some prior art gas gap thermal switches. The target device can theoretically be any element that is cooled, including an additional stage of a mechanical refrigerator.
本発明の第2及び第3の態様は、第1の態様の同様の特徴を共有することができ、同じ利点が類似性によって適用される。 The second and third aspects of the invention can share similar features of the first aspect and the same advantages are applied by similarity.
本発明の実施例は、添付の図面を参照して以下に説明されることになる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
熱収縮ガスギャップ式熱スイッチ10を形成するための方法の実施形態、並びにこのスイッチ10の実施形態は、図5のフローチャート並びに図1〜図3の添付の図面を参照して説明されることになる。
An embodiment of a method for forming a heat shrink gas gap
第1及び第2の導体2、3は、図5のステップ300で準備示される。第1の導体2及び第1のフランジ4の形態の第1の接続部材の断面図は、図1に提示されている。第1の導体2は、細長く実質的に円筒形である。第1のフランジ4は、約1cmの直径を有する中心ボアを含み、これは、第1の導体2の第1の末端部分11と係合する。第1の末端部分11は、その長さに沿って1cmの直径を有し、導体2の残りの部分は、その長さに沿って2cmのより大きな一定の直径を有し、その結果、第1のフランジ4は、単なるカラーとして第1の末端部分11の上及びその周りに嵌合される。第1の末端部分11は、機械式冷凍機又は対象装置のような接続部材に対する導体2の物理的接続を可能にするための中心ボア18を含み、それによって熱が伝達される。この物理的接続は、ある程度、第1のフランジ4を貫通して第1の末端部分11に設けられたボルト孔9のピッチ円の中に延びる複数のボルトを締結することによって達成することができる。
The first and
同様の第2の導体3(図1には示さず)が提供され、これは同様の方式で第2のフランジ5の形態の第2の接続部材と係合する。各導体2、3は、その主軸に沿って約5cmの長さを有する。代替の実施形態において、導体2、3は、これらのそれぞれの主軸に沿って異なる長さを有することができる。
A similar second conductor 3 (not shown in FIG. 1) is provided, which engages a second connecting member in the form of a
第1及び第2の導体2、3は、ステップ301においてそれぞれ第1及び第2のフランジ4、5に融合される。好ましくは、第1のフランジ4は、熱サイクリングに対して強固な信頼性のある恒久的接続を達成するために、導体2の第1の末端部分11の上に真空ろう付けされる。これとは別に、このプロセスは、次いで、第2のフランジ5を用いて第2の導体3に対して繰り返される。
The first and
スイッチに沿った熱伝達を可能にするために、第1及び第2の導体2、3の各々は、高熱伝導性材料から形成される。100Kより低い温度を含む低温でスイッチを用いることが意図される場合、これは、導体2、3がこのような低温で高い熱伝導性である必要があることを意味する。一般には、第1及び第2の導体2、3の各々は、同じ材料から形成され、同様の熱伝導及び膨張特性を保証する。最も一般的には、この材料は、銅、好ましくは無酸素銅であるが、原理上は銀を用いることもできる。理想的には、導体は、20Kの温度で5000W/mK以上の熱伝導率を有することになる。
In order to allow heat transfer along the switch, each of the first and
第1及び第2の導体2、3は、共通主軸(又は「長手方向軸」)に沿って延びるようにステップ302において整列され(この場合には「同一直線上に配置される」)、その結果、第1の末端部分11、12は、導体2、3の相対する遠位端に配置され、フランジはこれらの端部に設けられる。ろう付けプロセスは、導体2、3に熱を入力することができ、これは導体2、3を膨張させる。オペレータは、ステップ303を開始する前に、この熱が導体2、3から放散するのを待つ必要がある。
The first and
導体2、3の直径よりも部分的に大きい内径を有する環状スリーブ6が提供される。その主軸に沿ったスリーブの長さは、これらの主軸に沿って導体2、3の寸法の合計によって形成されるスイッチ長よりも短い。この場合に、スイッチ長は約10cmであり、スリーブ長は主軸に沿って約9cmである。
An
図5のステップ303において、導体2、3は、次いで、互いに近接している導体2、3の端部13、14が第1の温度で相互接触状態になるまで、室温(又は290〜300K)である第1の温度でスリーブ6の内部で一緒にされる又は「押圧」される。従って、導体2、3及びスリーブ6のそれぞれの主軸は、この段階で共通主軸に沿って整列される。スリーブ6は、好ましくは単体構造である(すなわち、一体部品で形成される)が、これに代えて、いくつかの部品から構成することができる。代替の組立プロセスでは、最初に導体2、3が同一直線上に配置され、次にスリーブ6が接続部材のうちの1つの上を摺動するか、又は導体2、3を囲むように導体2、3の周りに組み付けられる。
In step 303 of FIG. 5, the
第1及び第2の導体2、3は、第1の温度で導体2、3の当接面の間に間隙がないように配置される。本実施形態において、これは、導体2、3が一緒に当接する、導体2、3の主軸に垂直な近位端13、14に平坦面(又は「係合面」)を有することを保証することによって達成される。この平坦性の均一性及び精度は、ステップ303で組み立てる前に(ステップ301前又は後に)機械加工を用いて達成することができる。一緒に押圧する際に巨視的間隙を残さないように、導体2、3の近位端13、14が互いに噛み合うとすれば、他の形状面も可能である。好ましくは、各係合面は、同じ表面積を有し、導体2、3の半径方向表面が近位端13、14で同一平面上にあるように配置される。
The first and
スリーブ6及びフランジ4、5は、第1のフランジ4と第2のフランジ5との間の領域にチャンバ16を定めるハウジングを形成する。詳細には、スリーブ6の内径は、例えば、1mmだけ導体2、3の外径よりも大きいので、導体2、3の長さに沿って環状チャンバ16が形成される。
The
ステップ304において、スリーブ6は、密封チャンバ16を形成してこれによりスイッチ10を形成するように、第1及び第2のフランジ4、5の上に融合される。スリーブ6は、電子ビーム溶接のような局在化加熱プロセスを用いてスリーブ6のそれぞれの端部においてフランジ4、5に接合される。有利には、導体2、3に対する、このプロセス中にこれらを膨張させることになる著しい入熱は存在しない。
In step 304, the
フランジ4、5及びスリーブ6は、導体2、3に比べて、低温で断熱する材料から形成され、その結果、これらは、スイッチ10の相対する遠位端11、12の間の熱伝達路の一部を形成しない。詳細には、導体2、3の熱伝導率は、100Kの温度でフランジ4、5及びスリーブ6よりも少なくとも5倍大きくなるはずである。熱伝導率は、低温で異なる材料の間で異なる傾向があるので、この差は、例えば、10Kの温度で1000倍だけ更に大きくなる場合がある。フランジ4、5及びスリーブ6に対する好適な候補材料は、良好な溶接性を提供する追加の利点を有するステンレス鋼である。最も好ましくは、フランジ4、5及びスリーブ6の各々は、同様の熱伝導性及び膨張/収縮特性を示すように同じ材料から形成される。
The
重要なことは、スリーブ6は、ステンレス鋼フランジ4、5に融合され、銅導体2、3には直接融合されない。フランジ4、5(これらは導体2、3よりも低い熱伝導率を有する)は、融合プロセス中に導体2、3の長さに沿って伝導される熱量を低減する熱障壁として働く。従って、あらゆる加熱は局在化されて、ステップ304の融合プロセス中に熱膨張の結果としての導体2、3の膨張が実質的に回避される。従って、導体2、3の間の接触は、第1の温度(融合プロセスからの入熱により上昇した温度ではない)で達成される。これの利点は後で明らかになる。
Importantly, the
ステップ305において、スイッチ10は、作動場所に設置され、第1及び第2の導体2、3が冷却される。例えば、極低温冷凍機は、ボア18(随意的に追加的な接続ボルト)を用いて熱スイッチ10のそれぞれの遠位端11、12で導体2、3のいずれか又は両方に接続することができる。チャンバ16は、この段階で、熱伝導性ガス、典型的には1バール絶対圧力においてヘリウムで充填することができる。約10mKの低温用途に関して、ヘリウム−3は、ヘリウム−4よりもはるかに低い超流動遷移温度を有し、従って、望ましくない熱短絡を生じる可能性は低いので好ましい。しかしながら、いずれのガスも用いることができる。
In step 305, the
熱スイッチ10は、使用時にスイッチ10を横切る制御可能な熱伝達を可能にするように、チャンバ16の中に熱伝導性ガスを選択的に供給するように構成される。これは、ガス源からスリーブ6又はフランジ4、5のいずれかに及び、チャンバ16への/そこからの熱伝導性ガスの流れを可能にするようにチャンバ16で終端する1又は2以上の管体を設けることによって達成することができる。代替的に、これらの管体は、導体2、3のいずれかを貫通して延び、各導体の遠位端13、14で終端することができる。図2に示す実施形態において、ガス送出管15は、第2のフランジ5を貫通して延びてチャンバ16の内部で終端する。ガス源は、随意的にゲッタ又は吸着ポンプの形態をとり、スイッチを開放するように必要に応じてガスを排気するのを助けることができる。随意的に、ゲッタ又は吸着ポンプは、スイッチに一体化することができる。
The
スリーブ6及びフランジ4、5の各々の熱膨張係数は導体2、3よりは小さく、導体2、3が第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却される場合、主軸に沿った導体2、3の長さが、導体2、3の近位端の間に間隙8(図3には縮尺通りに示されていない)を形成するように減少するようになっている。この離間距離は、スリーブ6及び導体2、3の熱膨張特性の間の差、並びにスイッチ10の構成要素の物理的配置の結果として生じる。詳細には、第1及び第2の導体2、3は、フランジ4、5によってこれらの遠位端11、12のみにおいてスリーブ6に接続される。従って、導体2、3は、これらを分離するスリーブ6に力を及ぼすことなく主軸に沿って自由に収縮する。また、スリーブ6(より少ない程度にフランジ4、5)は、スイッチ10の温度が第2の温度まで冷却されると収縮する可能性があるが、この変化は、導体2、3の長さの減少ほどにはならないはずである。
The thermal expansion coefficient of each of the
第2の温度は、スイッチの「開放」状態を保証する2つの導体のうちの1つ又は各々が達成可能な最大温度と考えることができる。実際に、これは作動温度と考えることができ、典型的には、第1の温度をかなり下回り、例えば、100Kより低いあらゆる温度を含むことができる。勿論、遠位端11、12は、異なる温度(各々は第2の温度を下回る)とすることができ、実際に、これは、典型的には、熱スイッチ10の作動中の場合であろう。10Kの温度では、ステンレス鋼シェル6は約0.29%だけ収縮するのに対して、銅導体2、3は約0.31%だけ収縮することになる。好ましい実施形態において、収縮のこの相対差は、導体2、3の対向面の間に約20μmの間隙8を生成することになる(前記で定めた約10cmのスイッチ長と想定すると)。この間隙8の大きさは、導体2、3とスリーブ6との間の熱膨張係数の差、主軸に沿った導体2、3の長さ、及び導体2、3が冷却される温度により決まる。典型的には、間隙は、スイッチ長の0.05%以下である。
The second temperature can be considered the maximum temperature that one or each of the two conductors that guarantees the “open” state of the switch can be achieved. In fact, this can be considered the operating temperature, and is typically well below the first temperature, for example, any temperature below 100K can be included. Of course, the distal ends 11, 12 can be at different temperatures (each below the second temperature), and in practice this will typically be the case when the
ガスギャップ式熱スイッチ10を構成する上記方法は、スイッチ設計と共に、導体2、3がほぼ室温にある場合に導体2、3の遠位端がステップ304において物理的に接続するという注目すべき利点を有する。逆に、スリーブ6を導体2、3の遠位端13、14に直接溶接した場合、これらが相互接触状態にある限り、このプロセスは、導体2、3を通って伝導されてこれらを膨張させるシステムに熱を入力することになる。導体2、3の間の接触は、ひいてはむしろ高温で生じることになる。これは、最終的には、スイッチ10が第2の温度まで冷却されたときはるかに大きな間隙8が作り出されることを意味し、これにより不十分な熱伝達性能につながる。
The above method of constructing the gas gap
一部の実施形態において、更に小さな間隙8は、熱スイッチ10がプレストレス又はプレテンションを受けて、ステップ305において導体2、3に部分的に熱的に収縮するときゼロまで減少する僅かな負の歪みが生じるように、ステップ303において大きな力で導体2、3を押圧し、場合によっては締め具を用いてスリーブ6を取り付けることによって得ることができる。
In some embodiments, the
図4を参照して、熱スイッチ10が特定の利益をもたらす組立体の実施例を以下に説明する。パルス管冷凍機の形態の機械式冷凍機は、全体が符号100で示されている。これを用いて、磁石システム、実験センサ、又は実験用途の他の装置の部品を含む種々のタイプの対象装置を冷却すること、又は例えば、希釈冷凍機の種々のステージを予冷することができる。このような対象装置103は、熱スイッチ10を介してPTR100に取り付けられるように示されている。熱伝導プレートのような接続部材は、熱スイッチ10とPTR100又は対象装置103との間に設けられて熱接続を容易にすることができる。また、ガス源101が概略的に示されており、スイッチ10の作動を引き起こすように熱スイッチ10に出入りする熱伝導性ガスの制御可能な流れを提供するように配置されるが、これはスイッチ10の構造の内部とすることもできる。
With reference to FIG. 4, an embodiment of an assembly in which the
この場合に、PTR100の第2のステージは、スイッチ10の第1の端部おいて熱スイッチの第1の導体2に接続されるのに対して、対象装置103は、スイッチ10の第2の端部において第2の導体3に接続される。従って、導体2は、第2の導体3よりも低い温度まで冷却され、熱流路は、スイッチが閉鎖される場合にスイッチ10を横切って確立される。
In this case, the second stage of the
導体2、3の各々が100Kより低いそれぞれの温度まで冷却される場合、第1の導体2と第2の導体3との間に間隙8が形成される。熱スイッチ10が閉鎖状態にある場合、熱伝導性ガスは、スリーブ6及び導体2、3によって形成されたチャンバ16内に存在する。その結果、熱は、対象装置103とPTR100との間でスイッチ10を横切って伝達される。これは、最初に導体2、3の各々に沿った熱伝導によって、次に間隙8の領域内の熱伝導性ガスを用いた熱伝導によって生じる。スリーブ材料の低熱伝導性により、無視できるほどの熱伝達がスリーブ6に沿って生じる。この閉鎖状態において、ガスが導体2、3の間で熱を伝達するために進む必要がある経路長がより短いので、熱スイッチ10は、従来技術の設計よりも優れた改善された熱伝導性を提供する。
When each of the
熱スイッチ10は、制御可能なガス源101を用いて熱スイッチ10を排気することによって、PTR100を対象装置103から熱的に絶縁するように開放することができる。これは、熱スイッチ10の第1の導体2と第2の導体3との間のガス伝導による熱伝達の可能性を取り去る。
The
スイッチ10が開放されている場合、依然としてスリーブ6を横切って少量の熱伝達が生じ得る。この熱の漏れ量は、少なくとも一部は、スリーブ6の特性、並びにスイッチ10の両端に接続された本体100、103の温度に依存する。1mmの壁厚で主軸に沿った長さが20cmの直径20mmのステンレス鋼スリーブ6に対して、4Kの温度の第1の本体100と1Kの温度の第2の本体103との間で約0.5mWが伝導されることになると見込むことができる。熱の漏れ値は、スリーブの長さに反比例して増える。
If the
図6は別の実施形態のガスギャップ式熱スイッチ10’を示し、主たる参照番号は、前述の熱スイッチ10と等価な特徴部を示すように付与される。熱スイッチ10’は、2つの重要な相違点を除いて前記の実施形態と類似している。
FIG. 6 shows another embodiment of a gas gap
第1に、主軸に沿った、導体2’、3’の長さの合計は、フランジ及びこれらの中間スリーブの全長よりもかなり大きい。従って、末端部分11’、12’は、間隙8’から離れる方向に主軸に沿って接続部材4’、5’を越えてかなり延びる。接続部材4’、5’からそれぞれの遠位端まで延びる導体2’、3’の各部分は、間隙サイズに影響を与えないが、導体の露出した表面積の増加により接続装置とより良好な熱接続を達成するように用いることができる。所与の長さ(主軸に沿って導体の遠位端の間で測定されたような)のスイッチに対して、中間スリーブ及び接続フランジを、(図2及び3に示すように)スイッチのほぼ全長にわたって延びるように配置するのではなく、(図6に示すように)導体のより小さな部分にわたって延びるように配置することによって、より小さな最終間隙サイズを達成することができる。これは、冷却時にそれぞれの接続部材に向かって自由に収縮する短縮化された導体の結果である。 First, the total length of the conductors 2 ', 3' along the main axis is much larger than the total length of the flanges and their intermediate sleeves. Accordingly, the end portions 11 ', 12' extend considerably beyond the connecting members 4 ', 5' along the main axis in a direction away from the gap 8 '. The portions of the conductors 2 ', 3' that extend from the connecting members 4 ', 5' to their respective distal ends do not affect the gap size, but increase the exposed surface area of the conductors and provide better heat with the connecting device. Can be used to achieve a connection. For a switch of a given length (as measured between the distal ends of the conductors along the main axis), the intermediate sleeve and connecting flange (as shown in FIGS. 2 and 3) A smaller final gap size can be achieved by arranging to extend over a smaller portion of the conductor (as shown in FIG. 6) rather than to extend over the entire length. This is the result of a shortened conductor that freely shrinks towards the respective connecting member when cooled.
第2に、スリーブ及び第2の接続部材5’は単体構造である。換言すると、第2の接続部材5’は、前記の実施形態のスリーブ6及び第2のフランジ5の両方を形成する。従って、第2の接続部材5’は、単一ステンレス鋼構成要素として構成することができる。従って、ステップ304においてチャンバを形成するために、一つのみの接合部を形成すればよい。この接合部は、電子ビーム溶接を用いて第1及び第2の接続部材4’、5’の間に直接形成される。図示の実施形態において、第1の接続部材4’は、フランジ又はカラーとしてのみ機能するが、別の実施形態において、接続部材4’、5’の各々は、全体としてスリーブ及びチャンバが2つの接続部材4’、5’を一緒に融合することによって形成されるように、延伸スリーブ部を有することができる。
Second, the sleeve and the second connecting member 5 'have a unitary structure. In other words, the second connecting
更なる実施形態において、導体は、図6の実施形態のように間隙から離れる方向に接続部材をかなり越えて延びるが、スリーブは、図1〜図3の実施形態のようにスリーブの両端部においてフランジに接続された別個の部分である。 In a further embodiment, the conductor extends significantly beyond the connecting member in a direction away from the gap as in the embodiment of FIG. 6, but the sleeve is at both ends of the sleeve as in the embodiment of FIGS. A separate part connected to the flange.
従って、理解できるように、先行技術の櫛形設計よりも簡単で強固なガスギャップ式熱スイッチが提供される。この熱スイッチを製作する方法は、従来可能であったものに比べて(典型的には、0.5〜1.0mm)、熱導体の対向端の間のより小さな(数十マイクロメートルオーダーの)離間距離を達成できるという更なる利点を有する。従って、スイッチ開放時に、スイッチの両端に接続された各本体を熱的に絶縁するためのスイッチ能力に影響を与えることなく、スイッチ閉鎖時の有効な熱伝達を保証することができる。 Thus, as can be appreciated, a gas gap thermal switch is provided that is simpler and more robust than prior art comb designs. The method of making this thermal switch is smaller (typically between 0.5 and 1.0 mm) than was possible in the past (typically between 0.5 and 1.0 mm) and is smaller (on the order of tens of micrometers). ) Has the further advantage that a separation distance can be achieved. Therefore, when the switch is opened, effective heat transfer at the time of closing the switch can be ensured without affecting the switch capability for thermally insulating the main bodies connected to both ends of the switch.
300 導体を準備する
301 導体をフランジ要素に融合する
302 導体を整列する
303 導体を一緒に押圧する
304 チャンバを形成する
305 導体を冷却する
300 Preparing the conductor 301 Fusing the conductor to the flange element 302 Aligning the conductor 303 Pressing the conductor together 304 Forming the chamber 305 Cooling the conductor
Claims (29)
(a)第1及び第2の導体と、各々が100Kの温度において前記導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有する第1及び第2の接続部材と、を提供するステップと、
(b)前記第1の導体を前記第1の接続部材と、前記2の導体を前記第2の接続部材と融合するステップと、
(c)前記第1及び第2の導体が共通の主軸に沿って延びるように前記導体を整列させるステップと、
(d)前記導体が第1の温度のときに、整列した前記導体の近位端を互いに接触状態にするステップと、
(e)少なくとも前記導体の前記近位端の周りにチャンバを形成するように、前記第1の接続部材を前記第2の接続部材に接合するステップと、を含み、
前記チャンバを形成する前記接続部材の各々は、前記導体が前記第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却されたときに、前記主軸に沿った前記導体の長さが前記主軸に沿った前記チャンバの長さに対して減少して、前記導体の前記近位端の間に間隙を形成するように、前記導体よりも小さい熱膨張係数を有し、
前記スイッチは、使用時に該スイッチの作動を引き起こすように、熱伝導性ガスを前記チャンバの中に選択的に供給するように構成される、ことを特徴とする方法。 A method for forming a gas gap thermal switch comprising:
(A) providing first and second conductors and first and second connecting members each having a thermal conductivity at least 5 times less than said conductor at a temperature of 100K;
(B) fusing the first conductor with the first connecting member and the second conductor with the second connecting member;
(C) aligning the conductors such that the first and second conductors extend along a common major axis;
(D) bringing the proximal ends of the aligned conductors into contact with each other when the conductors are at a first temperature;
(E) joining the first connecting member to the second connecting member so as to form a chamber around at least the proximal end of the conductor;
Each of the connecting members forming the chamber has a length of the conductor along the main axis along the main axis when the conductor is cooled to a second temperature lower than the first temperature. Having a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor so as to decrease with respect to the length of the chamber to form a gap between the proximal ends of the conductor;
The method, wherein the switch is configured to selectively supply a thermally conductive gas into the chamber to cause activation of the switch in use.
前記スリーブの前記熱伝導率は、100Kの温度において前記導体よりも少なくとも5倍小さく、
前記スリーブの熱膨張係数は、前記導体が前記第2の温度まで冷却された場合に、前記主軸に沿った前記導体の長さが減少し前記間隙を形成するように、前記導体の熱膨張係数よりも小さい、請求項1に記載の方法。 Step (e) includes fusing each of the first and second connection members to a sleeve provided between the connection members;
The thermal conductivity of the sleeve is at least 5 times smaller than the conductor at a temperature of 100K;
The thermal expansion coefficient of the sleeve is such that when the conductor is cooled to the second temperature, the length of the conductor along the main axis decreases to form the gap. The method of claim 1, wherein
ステップ(d)は、前記係合面を互いに接触状態にするステップを含む、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。 Step (a) further comprises machining the first and second conductors to form a flat engagement surface on each of the conductors;
The method according to any of claims 1 to 12, wherein step (d) comprises bringing the engagement surfaces into contact with each other.
各々が100Kにおいて前記導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有し、前記導体の少なくとも近位端の周りにチャンバを形成する第1の接続部材及び第2の接続部材と、
を備えるガスギャップ式熱スイッチであって、
前記接続部材の各々は、前記導体よりも小さい熱膨張係数を有し、
前記第1の導体の近位端は、50μm未満の間隙によって前記第2の導体の近位端から分離されており、
前記スイッチは、使用時に該スイッチの作動を生じるように、前記チャンバの中に熱伝導性ガスを選択的に供給するように構成されている、ことを特徴とするガスギャップ式熱スイッチ。 First and second conductors aligned along a common major axis, each having a length of at least 5 cm along said major axis;
A first connecting member and a second connecting member, each having a thermal conductivity at 100K that is at least five times less than the conductor, and forming a chamber around at least the proximal end of the conductor;
A gas gap type thermal switch comprising:
Each of the connection members has a smaller thermal expansion coefficient than the conductor,
The proximal end of the first conductor is separated from the proximal end of the second conductor by a gap of less than 50 μm;
The gas gap thermal switch, wherein the switch is configured to selectively supply a thermally conductive gas into the chamber to cause activation of the switch in use.
前記第1及び第2の接続部材の各々は、前記スリーブに融合され、
前記スリーブは、100Kの温度において前記導体よりも少なくとも5倍小さい熱伝導率を有し、
前記スリーブは、前記導体よりも小さい熱膨張係数を有し、
前記スリーブ及び前記接続部材は前記チャンバを形成する、請求項25に記載のガスギャップ式熱スイッチ。 A sleeve provided between the connecting members and arranged to extend at least above the proximal end of the conductor;
Each of the first and second connecting members is fused to the sleeve;
The sleeve has a thermal conductivity at least 5 times less than the conductor at a temperature of 100K;
The sleeve has a smaller coefficient of thermal expansion than the conductor;
26. The gas gap thermal switch of claim 25, wherein the sleeve and the connecting member form the chamber.
請求項25又は26のガスギャップ式熱スイッチと、
第1の導体に接続された機械式冷凍機と
第2の導体に接続された対象装置と、
を備えることを特徴とする極低温システム。 A cryogenic system,
A gas gap thermal switch according to claim 25 or 26;
A mechanical refrigerator connected to the first conductor; a target device connected to the second conductor;
A cryogenic system characterized by comprising:
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